一、目的和意义
随着社会城市化的发展，电力电缆大多是埋在地下，如此具有不占用空间、安全性高等特点，这将逐渐代替架空线用到城市配电网中。正由于这些特点，电缆故障的确定对工作人员来说是比较艰难的，特别是在夏季等相对恶劣的天气情况时，如果电缆出现故障，或者被盗，若由人工大范围的进行查找，这是非常费时费力的，同时电缆是电网工程中的重点设施，属于基础设施的生命线工程，随着电网建设的飞速发展，城区内已形成了大规模、错综复杂的地下电缆。这些问题都对电网输电系统的安全造成困扰，迫切需要建立一套现代化的管理手段和先进的科学技术对电缆沟及沟内电缆本体进行实时在线监测，能够对电缆沟非法入侵进行有效监控，可以既快速又准确的方法来确定电缆出现故障的类型、原因、时间以及位置等来实时监测电缆的运行状态，以保障供电系统的安全运行。
对电缆沟防入侵以及电缆运行状态进行智能化综合化的在线监测，可以实时在线了解电缆沟的入侵状况，实时监测电缆的运行参数，能够及时有效的发现电缆运行中的潜在故障，既保证电缆沟及电缆运行的安全，同时节省了巡检所需的人力物力。
二、国内外研究水平综述
由于铜价可观，电力电缆经常被人盗割，窃贼盗割电缆等设施，其主要目标是电缆里的金属铜。最近几年，城市电缆的盗割现象越来越多，有些地方更是到了猖獗的地步，给供电部门或有关企业和人民群众的生活带来巨大损害。电缆被盗频繁发生，给人们的日常生活带来了极大的危害。根据以往电缆被盗的资料显示，给城市带来的经济损失是非常严重的，尤其在一些大城市中更为突出，并且呈现出上升趋势。电力线网络是目前应用较为广泛的一种网络，这便成为了盗窃分子的主要目标，这会给电力系统造成不可估量的损失以及会威胁到整个系统的安全应用。
同时,目前国内大多数电力企业对高压电缆的管理还处于计划检修阶段,对高压电缆的运行状况采用定期巡视和检查的方法,不但造成人力和物力浪费，而且出现问题也不能及时发现。即便知道线路故障也很难短时间内确定故障点，以及安排线路检修排除故障。此外，电缆沟盖板易被外力开启和破坏，沟内电缆存在外力破坏的安全隐患。这些问题都对电网输电系统的安全造成困扰，迫切需要建立一套现代化的管理手段和先进的科学技术对电缆沟及沟内电缆本体进行实时在线监测，以保障供电系统的安全运行。
三、项目的理论和实践依据
本项目将通过“电缆沟防入侵系统”结合“电缆运行状态监测系统”对电缆沟入侵状况及电缆运行情况进行实时监测。系统采用无线通讯网络和电力自动化管理系统网复用相结合，结合电缆数据采集单元，以及光纤以太网的数据传输实现所有电力电缆的防盗报警。通过电缆沟防入侵系统可实时了解电缆沟盖板开启状态及所在位置，可实现远程预警报警及就地报警（声光警告）；通过电缆运行状态监测系统可实时监测电缆外护层接地电流、电缆护层电压，防止电缆长期因处于接地电流异常而造成接地故障。系统将采用同一监控软件平台，实现统一显示、统一管理、操作方便。为及时有效的处置提供技术支撑，对保证电缆沟及电力电缆安全稳定运行有重要的意义。
四、项目研究内容和实施方案
4.1.主要研究内容
1）研究内容：电缆沟防入侵系统在电网的应用研究
研究目标：研制适用于电缆沟现场的具备高防护等级、超高探测及防误报性能的防入侵监测系统设备。
系统将采用红外对射原理实时监测电缆沟盖板、井盖开启状态，利用多束红外射线增加系统监测的准确性和灵敏度，通过对现场红外对射传感器的开启信号，可以实时监控到现场被检测电缆沟井盖的状态，结合现场号角实现井盖入侵后的现场报警与远程预警。
拟解决的重大科学问题或关键技术：红外对射装置从其设计原理上，需考虑到设备自身的防拆、防剪、防移动及电缆沟内小动物引起的误报，设备的安装设计上需考虑到安装的便捷性及防拆、防剪等，同时，在检测算法上需过滤小动物等引起的误报。另外，由于电缆沟的盖板或井盖在实际情况中会面临下雨泡水的情况，红外对射传感器在现场的安装，必须满足足够的IP防护等级。
考核指标及评测手段/方法：红外对射探测器采用数字变频和CPU微处理数码控制技术设计，需具备超高的探测和防误报性能，排除电缆沟内的信号的干扰，减少误报、漏报。系统需考虑在电缆沟内的防水和抗干扰能力，保证设备可在电缆沟的恶劣环境下使用；同时，系统需考虑设备自身的防拆、防剪、防移动及小动物引起的误报。系统需解决阳光干扰所引起的误报技术难题，设备在设计上需确保探测器不受拆卸破坏，整体性能要稳定、可靠，同时兼顾安装的方便。
测评方法采用委托专业机构给出测试报告。
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2）研究内容：电缆状态监测系统在电网中的应用研究
研究目标：研发适用于电缆沟现场的，具备抗电磁干扰及高防护等级的电缆状态监测系统设备。
通过对高压电缆接头处加装集成式护层电流采集器，可实时监测高压电缆的每个高压电缆金属护层接地点的护层电流、护层电压等参数进行实时监测，取代传统人工方式的定期接地电流巡测，通过对现场采集回来的实时数据，进行大数据分析，可以有效、及时的掌握被检测电缆的状态，以及可能被盗的情况能够及时报警。利用分析软件进行实时监测和分析电缆运行状态。
拟解决的重大科学问题或关键技术：电缆护层接地电流采集器需考虑到电缆沟内的复杂的应用环境，设备本身要具备很高的防护等级，同时，由于电缆沟内属于高压电磁环境，因此，采集器需具有较高的抗电磁干扰能力。从电路板设计及软件算法上需采用适当的方法避免电缆沟的电磁环境引起的数据干扰。
通过现场的采集器可以实时对被检测电缆的运行电流、护层电流、护层电压进行有效的监控，分析这些数据之间的关联，实现高压电缆线路瞬态故障电流自动触发报警、高压电缆线路接地线防盗割在线监测，以及接地电流参数超标自动告警或者异常变化自动告警功能。
考核指标及评测手段/方法：电流互感器选用磁导率较高的优质硅钢片为磁导材料，二次绕阻采用环氧树脂真空浇注封装，适用于恶劣的安装使用环境，性能稳定。采集器采用全封闭式铸铝外壳，表面防水防锈处理，能长期在潮湿和淋水的情况下正常工作。电路板采用主流的ARM的Cortex-M3内核CPU，同时使用大规模集成电路、多层板设计技术，使设备以最小的体积完成全部功能。前端采用防雷、防静电保护设计，能够防止现场异常信号对系统的损害。采用高精度仿真有效值检测技术，能够测量各种畸变波形的电流有效值。
测评方法采用委托专业机构给出测试报告。
3）研究内容：电缆沟防入侵及电缆状态在线监测系统软件开发
研究目标：研发基于上面2项技术以及AR混合现实的可视化管控的具备高开放性、兼容性、拓展性的，可满足用户对视频、图像、实时数据等参量的复合型监控需求的电缆沟防入侵及电缆状态在线监测系统软件平台。
拟解决的重大科学问题或关键技术：系统在电缆沟现场安装的设备需考虑到供电的稳定性及通信的可靠性。由于输电线缆分布广阔且很多位于野外或地下，其周围一般没有常规电源，因此需设计特殊的电源为现场的这些监测设备供电。系统将采集用CT感应取电的方式，就地解决供电的问题。由于电缆沟的周边环境比较复杂，现场无法实现常规的有线通讯方式，系统将采用无线通讯式，软件上到做到当现场无络网络不稳定时，后续数据的续传功能。
考核指标及评测手段/方法：电缆沟防入侵及电缆状态监测系统平台具备开放的业务接口，可以与现有的综合监控系统、变电站综合自动化系统或后期电缆沟环境监控系统预留通讯接口。集成，实现数据整合及管理业务的拓展。
测评手段可采用实际示范工程现场演示的方式。
项目实施方案
整个项目开发分五个阶段，整体方案设计、硬件开发、软件开发调试、安装施工、系统联调，开发周期大概为12个月。
（1）整体方案设计：对整个系统进行系统性的分析，确定整体实施方案，制定软、硬件的详细开发流程。
（2）硬件开发调试：根据整体实施方案及技术指标要求，进行硬件方案设计，识别技术关键点及技术难点，并制定相关的应对方案、研发硬件平台，并完成硬件电路板的设计与调试；
（3）软件开发调试：根据整体实施方案及技术指标要求，选择并开发软件平台、完成软件系统框架设计，开发出电缆沟防入侵及电缆状态在线监测系统，并完成相关数据库设计与系统调试工作；
（4）安装施工：进行现场试验，并对样机进行改进调整，完成设计定型。
（5）系统联调：进行整个系统联调，进行模块测试、系统测试和压力测试等，记录测试数据，并进行项目验收汇报。
五、预期目标和成果
本项目研发出能够在线电缆沟防入侵及电缆状态在线监测系统，并探讨验证该系统，以及系统在供电局现实中应用的方法和效果。
电缆沟防入侵及电缆状态在线监测系统，可实时监测电缆沟盖板开启状态及电缆接地电流数据，实现电缆沟的防入侵报警与预警，并通过数据分析预测电缆潜在的接地电流故障。同时将所有的监测数据通过网络传输到监测中心。用户可通过系统自带IE等浏览器浏览各监测点的参数，来监测电缆沟及电缆的运行状态。
电缆沟防入侵及电缆状态监测系统能为高压电缆运行状态进行安全监控，延长电缆使用寿命，挖掘电缆潜能、减少投资，为电网调度提供参考依据。
论文作者:江均强
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
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